液压搬运机械手的设计—-毕业论文设计

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2 液压搬运机械手的机构设计

液压搬运机械手机构的设计通常是先进行粗略的估算,或类比同类结构,根据运动参数初步确定有关机构的主要尺寸,在进行校核计算,修正设计,如此反复数次,绘出最终的结构。

2.1 液压搬运机械手运动简图

在设计与研究液压搬运机械手的主要机构之前，要先画出机械手的传动示意图，以便对现有的机械手进行分析，对新设计的机械手的传动方案进行比较以确定最佳方案，故通常用简单的运动符号表示。

根据设计要求，拟定的液压搬运机械手运动简图如下

图2.1 液压搬运机械手运动简图

2.2 液压搬运机械手手部结构设计及计算

手部是机械手直接用于抓取和紧握工件的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机械手手臂的前端。液压搬运机械手的手部可以完成手指抓紧和手腕横移两个运动。钳爪式手部结构是最常见的一种手部结构，按模仿人手手指的动作，手部结构可分为一支点回转型（图2.2a）、二支点回转型（图2.2b）和移动型（图2.2c），其中以二支点回转型为基本型式。

图2.2 手指运动型式示意图

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回转型手指开闭角较小，结构简单 ，形状小巧，夹紧力大，制造容易，应用广泛。考虑到以上因素，故此选用二支点回转型手部结构。 2.2.1 “滑槽杠杆式”手部结构的设计与计算

滑槽杠杆式手部的结构简图如下所示

1.手指 2.销轴 3.拉杆 4.指座 图2.3 滑槽杠杆式手部受力分析

图中，F——液压缸拉力 N——手指夹紧力

F1,F2——两手指的滑槽对销轴的反作用力（O为销轴中心） 根据销轴的平衡条件，即?Fx?0得F1?F2；?Fy?0得

F1?F

2cos?(2-1)

由O1点力矩平衡条件?MO1(F)?0得F1?h?N?b

h?a cos?

(2-2) (2-3)

F?2b?cos2??N a其中，a——手指的回转支点到对称中心线的距离

?——工件夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点连线间夹角

故由2-3式知：?越大，N越大，但?太大会导致拉杆行程过大以及滑槽尺寸增大，因此?=3040。

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2.2.2 手指夹紧力计算

手指加在工件上的夹紧力是设计手部的主要依据。一般来说，夹紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化所产生的载荷（惯性力和惯性力矩），以使工件保持可靠地加紧状态。

手指对工件的夹紧力可按下式进行计算：

FN?K1?K2?K3?G

(2-4)

式中K1——安全系数，通常取K1=1.22.0

K2——工作情况系数，主要考虑惯性力影响。K2可按下式近似估算

K2?1?a g (2-5)

其中a——运载工件时重力方向最大上升加速度

g——重力加速度，g?9.8mm/s2

a?vmax t响 (2-6)

式中vmax——运载工件时重力方向最大上升速度

t响——系统达到最高速度的时间，t响=0.030.5s

K3——方位系数，由手指与工件形状和它们的位置选定，参见[1]表2-2

G——工件重力（N）

由2-4式计算手指夹紧力N ① 选定安全系数K1=1.6

②由设计要求可估算，运载工件时重力方向最大上升速度vmax?0.5?1.5?0.75m/s，到达vmax的时间t响可由设计要求推算为

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t响?0.5rad/s?1.67s0.3rad/s2

(2-7)

则a?vmax0.75==0.45m/s2，取g?9.8mm/s2 t响1.67a0.45?1??1.046 g1.67故 工况系数k2?1?③由[1]表2-2查的

K3=0.5（手指水平放置夹水平放置圆棒）

综上①②③所述，知K1=1.6，K2=1.046，K3=0.5且估算工件重力

G?200?9.8?1960N

手指夹紧力N?1.6?1.046?0.5?1960?1640N 2.2.3 手指夹紧缸驱动力计算

由液压缸驱动力F与夹紧力N关系式

F计算=2b?cos2??N a

(2-8)

选定图2.3中的结构参数a,b, ?如下

a=100mm，b=200mm, ?=30

计算液压缸驱动力

F计算=2?200?cos230?1640?4920N 1000.9，故取??0.85

(2-9)

手抓的机械效率?一般取0.8F实际=F计算??4920?5788N 0.85 (2-10)

2.2.4 手指夹紧液压缸的计算

图2.4所示为手指夹紧液压缸的夹紧装置原理图，如下

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